Dom > Izložba > Sadržaj

Arhitektura računara Ciljevi dizajna

Mar 11, 2019

Tačan oblik kompjuterskog sistema zavisi od ograničenja i ciljeva. Arhitekture računara obično isključuju standarde, snagu u odnosu na performanse, troškove, kapacitet memorije, kašnjenje (latencija je količina vremena koja je potrebna za informacije od jednog čvora do putovanja do izvora) i propusnosti. Ponekad su i drugi faktori, kao što su karakteristike, veličina, težina, pouzdanost i proširivost, takođe faktori.


Najčešća šema radi dubinsku analizu snage i utvrđuje kako se potrošnja energije održava niskom, uz održavanje adekvatnih performansi.


Performanse

Savremene performanse računara često se opisuju u IPC (uputstva po ciklusu). Ovo mjeri efikasnost arhitekture na bilo kojoj frekvenciji takta. Pošto brža brzina može napraviti brži računar, ovo je korisno mjerenje. Stariji kompjuteri imaju IPC broj od samo 0,1 instrukcije po ciklusu. Jednostavni moderni procesori lako dosežu blizu 1. Superskalarni procesori mogu dostići tri do pet IPC-a izvršavajući nekoliko instrukcija po ciklusu takta.


Brojanje instrukcija na mašinskom jeziku bilo bi pogrešno jer mogu da rade različite količine rada u različitim ISA. "Instrukcija" u standardnim merenjima nije brojna stvarna instrukcija mašinskog jezika ISA, već jedinica mjerenja, koja se obično temelji na brzini VAX arhitekture računala.


Mnogi ljudi su mjerili brzinu računala po satu (obično u MHz ili GHz). Ovo se odnosi na cikluse u sekundi glavnog sata CPU-a. Međutim, ova metrika je donekle obmanjujuća, jer mašina sa većom taktom ne mora nužno imati veće performanse. Kao rezultat toga, proizvođači su se odmaknuli od brzine takta kao mjera performansi.


Drugi faktori utiču na brzinu, kao što je kombinacija funkcionalnih jedinica, brzina magistrale, raspoloživa memorija i vrsta i redosled instrukcija u programima.


Postoje dva glavna tipa brzine: latencija i propusnost. Latencija je vrijeme između početka procesa i njegovog završetka. Propusnost je količina obavljenog posla po jedinici vremena. Latencija prekida je zajamčeno maksimalno vrijeme odziva sistema na elektronski događaj (kao kada disk završi pomicanje nekih podataka).


Na performanse utiče veoma širok spektar izbora dizajna - na primer, cevovod procesora obično pogoršava latenciju, ali poboljšava propusnost. Računari koji kontrolišu mašinu obično zahtevaju niske latencije prekida. Ovi računari rade u okruženju u realnom vremenu i ne uspevaju ako se operacija ne završi u određenom vremenskom periodu. Na primer, kompjuterski upravljane kočnice protiv blokiranja kočnica moraju početi da koče unutar predvidljivog, kratkog vremena nakon što se oseti pedala kočnice ili će doći do kvara kočnice.


Benchmarking uzima u obzir sve ove faktore mjerenjem vremena potrebnog za pokretanje niza test programa. Iako benčmarking pokazuje snagu, ne bi trebalo da bude način na koji odabirete računar. Često se merene mašine razdvajaju na različite mere. Na primer, jedan sistem može brzo da obradi naučne aplikacije, dok drugi može da učini video igre još glatko. Štaviše, dizajneri mogu da ciljaju i dodaju posebne funkcije svojim proizvodima, preko hardvera ili softvera, koji dozvoljavaju da se određeni benčmark brzo izvrši, ali ne nude slične prednosti za opšte zadatke.


Energetska efikasnost

Glavni članak: Elektronika male snage

Energetska efikasnost je još jedno važno mjerenje u modernim računalima. Veća energetska efikasnost se često može trgovati za manju brzinu ili veću cijenu. Tipično mjerenje kada se govori o potrošnji energije u arhitekturi računala je MIPS / W (milijuni instrukcija u sekundi po vatu).


Savremena kola imaju manju potrebnu snagu po tranzistoru kako raste broj tranzistora po čipu. To je zato što svaki tranzistor koji se stavlja u novi čip zahteva sopstveno napajanje i zahteva nove puteve koji će biti izgrađeni da bi ga napajali. Međutim, broj tranzistora po čipu počinje da raste sporije. Stoga, energetska efikasnost počinje da postaje važna, ako ne i važnija od ugradnje sve više i više tranzistora u jedan čip. Nedavni dizajni procesora pokazali su ovaj naglasak jer su se više fokusirali na energetsku efikasnost, nego na to što je moguće što veći broj tranzistora u jednom čipu. [17] U svetu ugrađenih računara, energetska efikasnost je dugo bila važan cilj pored propusnosti i kašnjenja.


Promene u potražnji na tržištu

Povećanje učestalosti takta povećalo se sporije tokom proteklih nekoliko godina, u poređenju sa poboljšanjima smanjenja snage. Ovo je potaknuto krajem Moorovog zakona i zahtjevom za dužim trajanjem baterije i smanjenjem veličine mobilne tehnologije. Ova promena fokusa sa viših taktova na potrošnju energije i minijaturizaciju može se pokazati značajnim smanjenjem potrošnje energije, čak do 50%, koje je Intel objavio u svom izdavanju Haswell mikroarhitekture; gde su spustili merilo potrošnje energije sa 30-40 vati na 10-20 vati. Uspoređujući to sa povećanjem brzine obrade od 3 GHz do 4 GHz (od 2002. do 2006.) može se vidjeti da se fokus u istraživanju i razvoju pomiče od frekvencije takta i kreće se prema potrošnji manje energije i zauzimanju manje prostora.